區塊鏈在智慧農業物聯網的應用

魏祥 張媛媛

摘要：隨著物聯網技術的飛速發展，傳統農業隨之迎來新的變革。農業的不斷轉型升級，實現農業現代化需要融合現代信息技術發展智慧農業。介紹了區塊鏈技術和物聯網技術，將物聯網和區塊鏈技術相結合，闡述了區塊鏈技術在農業物聯網、農業大數據、農業監管、農產品溯源和供應鏈方面的應用。

關鍵詞：區塊鏈；物聯網；智慧農業

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2022）08-68-4

2014年，區塊鏈作為一個關于去中心化數據庫的術語進入公眾視野。2019年中共中央政治局10月24日下午就區塊鏈技術發展現狀和趨勢進行第十八次集體學習。中共中央總書記習近平在主持學習時強調：“區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用。我們要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關鍵核心技術，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展”[1]。2021年6月，工信部和中央網信辦發布《關于加快推動區塊鏈技術應用和產業發展的指導意見》，標志著我國區塊鏈技術和產業發展迎來了歷史性新機遇。我國是一個農業大國，農業一直是國家發展的根本，伴隨著區塊鏈技術的不斷發展，將區塊鏈技術應用于智慧農業物聯網對我國農業的發展具有重要意義。

1.1區塊鏈

區塊鏈是一種新型的計算機技術應用模式，主要通過點對點傳輸、加密算法、分布式數據存儲和共識機制來實現。區塊鏈是比特幣的一個重要概念，本質上是一個去中心化的數據庫。同時，區塊鏈作為比特幣的底層技術，用密碼學方法相關聯產生一串數據塊，每個數據塊中都包含了一批次比特幣的網絡交易信息，主要用于驗證其信息的有效性和生成下一個區塊。

區塊鏈通過哈希（Hash）算法進行運算后會生成一串字符串，字符串會被保存在區塊的頭部，這樣就可以將一個區塊通過指向上一個區塊Hash值的方式來加入區塊鏈。Hash算法是一種將原始信息換算成對應的加密值的加密算法。通過Hash算法加密后的密文不可逆推，因為Hash算法是一種單向的加密方式，只有加密的過程，沒有解密的過程。區塊鏈結構如圖1所示，一個區塊頭部的previous Hash字段保存著上一個區塊的Hash值，通過某個區塊就可以找到整個區塊鏈的第一個區塊。

1.2物聯網

物聯網是指將無處不在的終端設備和設施，包括內在智能的傳感器、工業系統、移動終端、家庭智能設施、數控系統和視頻監控系統等，以及外在使能的，如攜帶無線終端的個人與車輛、貼上射頻識別（RFID）的各種資產的智能化物件或智能塵埃；通過各種無線或有線的長距離、短距離通信網絡來實現互聯互通和應用的大集成，以及基于云計算的SaaS營運等模式，能夠在內網、專網、互聯網環境下，采用最優的信息安全保障機制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、報警聯動、定位追溯、預案管理、調度指揮、安全防范、遠程控制、在線升級、遠程維保、決策支持、統計報表、領導桌面等管理和服務功能，實現對萬物的高效、安全、節能、環保的“管、控、營”一體化。物聯網在應用中的關鍵技術有傳感器技術、RFID標簽、嵌入式系統技術、智能技術及納米技術，而這些關鍵技術又是由RFID、傳感網、M2M、兩化融合作為支撐，物聯網四大支撐技術如圖2所示。

1.3智慧農業

智慧農業是農業生產的高級階段，集移動互聯網、新興互聯網、云計算和物聯網技術為一體，主要依托部署在農業生產現場的各種傳感節點（土壤水分、環境溫濕度、圖像、二氧化碳等）和無線通信網絡來實現農業生產環境的智能預警、智能感知、智能分析、智能決策、專家在線指導，為農業生產提供可視化管理、精準化種植、智能化決策[2-4]。

2.1區塊鏈與物聯網融合的過程

先進的物聯網應用程序開發過程集成了基于區塊鏈的功能，以建立對物聯網的信任[5-6]。物聯網應用程序中包含區塊鏈概念，消除了第三方認為應用程序可信的需求。區塊鏈技術通過分發公司數據確保物聯網應用程序的安全，可以防止任何惡意的人為篡改數據的可能性。此外，與其他應用程序相比，區塊鏈技術可以使應用程序中的設備識別和身份驗證更容易。雖然添加區塊鏈功能后，應用程序開發的成本顯著增加，但從長遠來看，企業可以通過獲得客戶的信任和保存寶貴的用戶數據來獲得收益。此外，區塊鏈技術可以防止由于失去互聯網連接而導致的任何數據丟失。現在，區塊鏈驅動的物聯網應用程序開發使人們能夠保存鏈中的有價值的數據，一旦連接重新建立，就可以將其取回。

2.2區塊鏈與物聯網融合的優勢

以下是在物聯網設備和應用程序中集成區塊鏈功能的五大業務優勢：

①加速數據更改：這是將區塊鏈功能集成到物聯網應用程序中的最大好處之一。但是，由于區塊鏈在一定時間內只能處理一定數量交易方面的局限性，最好采用企業級的方式來處理海量數據。

②降低成本：區塊鏈可以消除交易中間人，從而降低運營成本。該技術使用戶可以在分散的環境中以對等方式傳輸數據，從而減少業務支出。分散化為物聯網提供了一種經濟高效的方式。

③增強安全性：區塊鏈技術可以提供安全的交易，將數據合法化，并確保其來自受信任的來源，實現區塊鏈和物聯網結合的企業依賴于設備認證等安全措施。通過基于區塊鏈的物聯網應用程序開發，可以有效實施這些措施。

④簡化會計流程：這是區塊鏈技術在銀行和金融服務領域日益普及的主要原因，它使用戶能夠簡化會計流程。時間戳可以幫助公司隨時審計整個交易記錄。

⑤提高供應鏈效率：在許多現代企業中，物聯網設備管理和維護著整個供應鏈。區塊鏈與物聯網的結合，消除了中間人的需求，有效提高了供應鏈效率，進一步提高了交易速度，降低了運營成本。

簡而言之，在保障個人數據安全方面，區塊鏈和物聯網的結合將在整個工作場所保持令人難以置信的效果。

近年來，數據安全一直是企業部門的頭等大事。可以認為，對安全數據存儲和訪問的需求每年都將繼續增長。區塊鏈和物聯網應用程序的開發也將隨之發展。區塊鏈為物聯網應用面臨的安全問題提供了強大的解決方案。建議企業咨詢信譽良好的物聯網應用開發公司，以充分利用這2種技術。

3.1區塊鏈+農業生產

目前，農業生產的信息一般采用中心化管理方式傳遞給管理人員，使相關管理人員能夠根據農業生產信息來掌握農業的實際情況，建立起現代化的農業生產基地。伴隨智能設備越來越多地接入物聯網，數據中心的軟硬件基礎設施、維護成本及能源消耗都面臨巨大的挑戰，因此需要引入新的技術來解決此類問題，而區塊鏈技術的去中心化管理方式可以有效降低農業物聯網的投入與維護成本，通過區塊鏈技術與農業物聯網技術相結合，使入網的檢測設備實現了自我管理與維護，節省了以云端控制為中心的高昂的基礎設施建設、維護以及能源消耗費用，降低了互聯網設備的后期維護成本，有助于提升農業生產的智能化和規模化水平。

3.2區塊鏈+農業大數據

在區塊鏈與農業大數據的融合中，用戶消費數據將會是農業領域又一個巨大飛躍。由于農業的特殊性和農業數據的難以收集性，致使農業的發展依然存在著農業數據管理難、互通難、價值難以體現的問題。大數據時代的主題是數據的共享、處理及有效利用，數據在未來將成為我國的核心資產。區塊鏈是一種數據庫存儲技術，具有不可篡改、強背書、全歷史的特點，保障農業數據提供者的私密性和合法權益、提高農業數據的流通性、增強農業數據所有者的共享動力、動態分享農業數據的信息和狀態等都可以通過區塊鏈技術進行解決，實現農業機構之間安全、可控、加密的農業大數據共享。

3.3區塊鏈+農業監管

農業監管在農業生產管理中具有非常重要的作用，傳統的農業監管多是依靠人工進行管理，不僅耗時耗力，且難以達到良好的監管效果。在智慧農業背景下，不僅需要注意農作物的生長狀況，還要加強農產品信息的管理，將區塊鏈技術應用于其中，以此保障農業生產信息的準確性：收集土壤多元信息，把不利因素進行分析并改良土質指標；檢測控制與水質條件，對二氧化碳、重金屬含量進行智能調控，保障農作物正常生長。

3.4區塊鏈+農業供應鏈

供應鏈本身就有鏈路的特性，區塊鏈技術通過去信任、去中心化方式，以點對點傳輸、共識機制、分布式數據存儲、加密算法等技術，來共同維護一個穩定的數據庫，主要是針對農產品主體間效率協調等問題。產品供應鏈涉及從原材料到成品，從生產到銷售，最后抵達客戶手中的所有環節。產品在供應鏈過程中的生產日期、價格、質量、產品狀態、負責企業及地址等信息都可以通過區塊鏈技術進行分類記賬，交易信息會被去中心化和永久性記錄，不僅減少了時間延誤和人工錯誤，而且還降低了成本支出。區塊鏈上的數據高效地在供應鏈不同部門之間進行共享，達到統一憑證、全程記錄、及時高效，能夠有效解決多方參與、信息碎片化、流通環節重復審核等問題，從而降低物流成本，提高效率。

3.5區塊鏈+農業保險

農業保險的主要特點是品種小、覆蓋范圍低。當下農業保險最大的問題是經常出現騙保事件。如果在農業保險中應用區塊鏈技術，那么農業保險不僅會在農業知識產權保護和農業產權交易方面有很大的提升空間，而且還會極大簡化農業保險的操作流程。另外，因為智能合約是區塊鏈的一個重要概念，所以將智能合約的概念合理地運用到農業保險領域，會讓農業保險的賠付更加方便和智能。在此之前，如果發生比較大的農業自然災害事件，相應的理賠周期可能會比較長。將智能合約運用到區塊鏈之后，一旦檢測到農業災害，就會自動啟動賠付流程，使賠付更加高效。

3.6區塊鏈+農產品溯源

農產品溯源是對農產品的整個產業鏈包括生產、加工、銷售等各個節點信息的認證，為生產商、加工商和銷售商等提供信用背書。利用區塊鏈去中心化、公開透明、數據不可篡改、數據共享、點對點傳輸等技術特點，將農產品的整個生產過程加入到聯盟鏈上，每個關鍵節點上的信息都形成一個信息和價值的共享鏈條，做到來源可查、去向可追、責任可究。農產品的各個節點信息可通過溯源碼進行查找，以此明確責任，保證農產品安全。

對消費者而言，農產品溯源不僅能讓消費者看到產品的尺寸、外觀，還能通過溯源看到農產品從品種選擇，到播種、收獲、加工、包裝、銷售等一系列的生產過程，讓消費者放心，而且利用區塊鏈的不可篡改性，可以防止產品被篡改，讓產品更加放心。其次，對于生產廠家，要建立農產品種植、生產、流通的追溯信息庫，加強標準體系，對各個環節進行全過程的監控管理，進行追溯信息的綜合分析利用，提供追溯作業平臺，通過網絡、客戶端等渠道提供綜合信息服務等。農產品可溯源就是農產品的第二張臉，消費者通過農產品溯源碼了解農產品生產、成長、運輸、加工過程中的一切信息，從而提高農產品購買率。因此，對于農產品生產企業而言，無論是從消費者、國家監管或者企業自身來說，實現自身產品的信息可追溯，都是農產品企業發展的必經之路，也是整個農產品市場的最終導向。

綜上所述，基于區塊鏈的智慧農業物聯網正在加大規模普及應用，在這個過程中需要降低設備的成本投入，增加技術人員研究力度，提升從業人員感知力和認知力。隨著智慧農業的不斷推廣和落實，將區塊鏈技術應用到農業物聯網中是發展的一個趨勢，從業人員在不斷提高技術水平的同時，還要對物聯網安全問題進行關注，加大對設備安全檢查方法、設備安全機制、數據訪問控制及入侵監測機制的研究力度。將區塊鏈技術應用于農業物聯網中，不僅能夠安全可靠地提高農業生產效率，而且能加快促進我國經濟效益增長，不斷向實現智慧農業這一發展目標持續奮進。

參考文獻

[1]李拯.區塊鏈，換道超車的突破口[N].人民日報，2019-11-04（5）.

[2]尹富龍，蔣錦禎，俞栗濤.基于物聯網技術的智慧農業發展策略分析[J].南方農業，2021，15（24）：221-222.

[3]許世衛，王東杰，李燈華，等.我國“互聯網+”現代農業進展與展望[J].農業網絡信息，2017，1：10-17.

[4]孫志國.區塊鏈、物聯網與智慧農業[J].農業展望，2017，13（12）：72-74.

[5]吳曉柯，管孝鋒，黃海龍，等.基于區塊鏈技術的智慧農業發展研究[J].南方農機，2020，51（22）：10-11.

[6]王瑩.“互聯網+”背景下我國智慧農業發展路徑研究[J].物流科技，2021，44（2）：131-134.